5 Wasser, Wasserdampf Praxis

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Rolf Matthias Beck
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1 5 Wasser, Wasserdampf Praxis 5.1 Wasser und Wasserdampf Wassermoleküle sind sehr klein! (18 ml = 18 g) Wasser enthalten: Moleküle (d.h. 6 x ) Anstrichfilme sind halbdurchlässig (semipermeabel!) = Gefahr der osmotischen Blasenbildung! Unterwasseranstriche (v.a. Kalkrückstände) Anstriche auf Zink (stehende Nässe) 80 Mikron Das Wasser spielt in der Anstrichtechnik eine äusserst wichtige Rolle. Als umweltfreundliches und völlig unbedenkliches Verdünnungsmittel wird es sehr geschätzt. Doch in seinen Erscheinungsformen in der Natur als Wasserdampf, Flüssigkeit und Eis gilt das "Wasser" als Verursacher Nr.1 von Anstrichschäden. Das Wasser besitzt 3 Aggregatszustände: fest (Eis) - flüssig (Wasser) - gasförmig (Wasserdampf) Vom physikalischen und anstrichtechnischen Standpunkt sind vor allem die volumen- und energiemässigen Betrachtungen bei den Aggregatszustandsänderungen von grosser Bedeutung. Verdampfung Die Verdampfung von flüssigem Wasser ist mit einer enormen Volumenzunahme verbunden: 18 gr Wasser ergeben 22,4 Liter Wasserdampf (1 Liter Wasser ergibt 1244 Liter Wasserdampf) Gesetz von Avogadro: Ein Mol einer beliebigen Flüssigkeit ergibt immer ein gleiches Volumen von 22,4 Liter. (Mol = Molekulargewicht in Gramm) 1

5.2 Die Luftfeuchtigkeit und der Taupunkt Die atmosphärische Luft enthält je nach Temperatur mehr oder weniger Wasser in Form von Wasserdampf.

2 5.2 Die Luftfeuchtigkeit und der Taupunkt Die atmosphärische Luft enthält je nach Temperatur mehr oder weniger Wasser in Form von Wasserdampf. Wie viel Wasserdampf von der Luft aufgenommen werden kann, ist stark von der Temperatur abhängig! Als Feuchtigkeit bezeichnet man die in der Volumeneinheit enthaltene Wassermenge (mg/liter oder gr/m 3 ). Die Sättigungsmenge gibt an, wie viel Wasserdampf bei einer bestimmten Temperatur maximal von der Luft aufgenommen werden kann (bei 20 C : 17,3 gr/m 3 ; bei 0 C : nur noch 4,8 gr/m 3 ). Die relative Luftfeuchtigkeit gibt an, wie viel Prozent der Sättigungsmenge bei einer bestimmten Temperatur effektiv in der Luft vorhanden sind. Der Taupunkt (Kondensationstemperatur) Wenn Luft abgekühlt wird, vermag sie immer weniger Wasser aufzunehmen. Unterschreiten wir eine gewisse Temperatur (sog. Taupunkt), bei welcher die effektive Wasserdampfmenge grösser wird als die Sättigungsmenge, so beginnt sich der überschüssige Wasserdampf in Form von Kondenswasser (Nebel, Tau etc.) auszuscheiden. Tau- oder Kondenswasser auf Bauteilen (Wänden, Fensterscheiben) bildet sich also immer dann, wenn die Oberflächentemperatur unter der jeweiligen Taupunkttemperatur der Luft liegt oder wenn durch einen Anstieg der relativen Luftfeuchtigkeit die Sättigungsmenge überschritten wird. 2

3 Aus dieser sehr nützlichen Tabelle lassen sich viele wichtige Daten ablesen (1 m 3 = 1000 Liter): In der Kolonne rechts sind die Sättigungsmengen (100% rel. LF) bei der jeweiligen Temperatur (Kolonne links) aufgeführt: 30 C : 30,4 gr/m 3 20 C : 17,3 gr/m 3 10 C : 9,4 gr/m 3 0 C : 4,8 gr/m 3 Interessant für den Maler sind nun die Taupunkttemperaturen bei einer bestimmten Temperatur und bei einer bestimmten rel. Luftfeuchtigkeit (beide Parameter sind messbar). Im Leittext über die Wärmeleitfähigkeit werden dann die kritischen Stellen und Flächen im Innenbereich erörtert (Wärmebrücken, Aussenecken, Aussenwände, Bilder oder Möbel an Aussenwänden), welche aufgrund der höheren Wärmeableitung (kältere Wandflächentemperatur) zu Kondenswasserbildung Anlass geben können. Eine ungedämmte Aussenwand eines älteren Gebäudes bildet z.b. bei einer Raumtemperatur von 22 C und einer rel. LF von 60% unterhalb einer Temperatur von 13,9 C Kondenswasser (erhöhte Verschmutzungsanfälligkeit, Schimmelpilzbildung etc.). 5.3 Der Taupunktabstand Die wichtige Tabelle zur Ermittlung des Taupunktes kann auch benützt werden, wenn bei Anstricharbeiten im Aussenbereich der sog. Taupunktabstand eingehalten werden muss. In den technischen Merkblättern finden wir unter "Verarbeitungshinweise" oft den folgenden Vermerk: Verarbeitungsbedingungen Nicht unter 10 C; auf genügenden Taupunktabstand achten!! Was bedeutet nun "genügender Taupunktsabstand"? Wenn im Aussenbereich Metallflächen grundiert werden sollen oder grundierte Bauteile mit einem 2K-PUR-Decklack fertiggespritzt werden müssen, dürfen diese Untergründe kein Kondenswasser aufweisen (verminderter Korrosionsschutz, Unterrostungsgefahr, Haftungs- und Aushärtungsprobleme, etc.). Diese äusserst dünnen Kondenswasserschichten sind meist nicht sichtbar und auch nicht erfühlbar, denn Tauwasser ist nicht nur in Form von dicken Wassertropfen auf dem Gras und an beschlagenen Fensterscheiben existent. Aus der Tabelle kann nun abgelesen werden, unterhalb welcher Oberflächentemperatur Tauwasser anfällt! 3

Beispiel einer industriellen Korrosionsschutzlackierung: Für die Beschichtung einer Metallkonstruktion mit einer 2K-Epoxy-Grundierung im Aussenbereich wird ein Taupunktsabstand von 6 C vorgeschrieben.

4 Beispiel einer industriellen Korrosionsschutzlackierung: Für die Beschichtung einer Metallkonstruktion mit einer 2K-Epoxy-Grundierung im Aussenbereich wird ein Taupunktsabstand von 6 C vorgeschrieben. Dies bedeutet, dass die Oberflächentemperatur der Metallkonstruktion mindestens 6 C über der Taupunktstemperatur (abhängig von der gemessenen Lufttemperatur und rel. Luftfeuchtigkeit) liegen muss. Wichtig sind solche Messungen v.a. in der kälteren Jahreszeit, wenn sich Anstrichuntergründe aus Metall in der Nacht stark abgekühlt haben und sich am Morgen aufgrund der grossen Wärmeträgheit nur langsam erwärmen. Frage: Nach dem Znüni soll die Metallkonstruktion gestrichen werden; die Lufttemperatur beträgt 18 C, die rel. Luftfeuchtigkeit 60% (wird mit dem Hygrometer ermittelt). Bei welcher Oberflächentemperatur darf die Metallkonstruktion gestrichen werden? Lösung: Aus der Tabelle entnehmen wird, dass bei eine Lufttemperatur von 18 C und einer rel. LF von 60% Kondenswasser unterhalb von 10,1 C auszufallen beginnt! Um die Sicherheitsmarge (d.h. einen Taupunktsabstand von 6 C) einzuhalten, darf also erst bei einer gemessenen Oberflächentemperatur von 16,1 C und darüber gestrichen werden!! Wichtige Anstricharbeiten in der kritischen Jahreszeit: Protokollierung der Daten ist Vorschrift!! 4

5 5.4 Die Luftfeuchtigkeit in Wohnräumen Woher kommt die Feuchtigkeit in Wohnräumen? In einem Haushalt von 4-5 Personen können täglich 6-10 Liter Wasser in Form von Wasserdampf anfallen; allein eine schlafende Person gibt pro Stunde ca gr Wasser ab! d.h. - 1 bis 1,5 Liter pro Person durch Atemluft - 2 bis 4 Liter durch Kochen, Baden, Duschen, Waschen, Badetücher, etc. Die Luft kann nur einen Bruchteil der entstehenden Feuchtigkeit aufnehmen; als Feuchtigkeitsspeicher und - Regulatoren dienen Tapeten, Vorhänge, Putz und Anstrichschichten (v.a. Blancfix), Betten, Textilien, Möbel etc. Wohin entweicht die Feuchtigkeit? Der Grossteil der täglich anfallenden Feuchtigkeit entweicht in den modernen Bauten durch die Ventilation in Küche und Bad. Im Winter, wo man praktisch immer ein Feuchtigkeitsgefälle von innen nach aussen besteht, geschieht dies durch Fenster und Türen! Wichtig: Die Feuchtigkeitsmenge, welche durch "dichte" Aussenwände wie Beton, KS etc. diffundiert, ist sehr gering; bei altem, diffusionsfähigem Mauerwerk besteht eine latente Durchfeuchtungsgefahr (Taupunktunterschreitung in der "kalten" Aussenwand!! Richtiges Lüften im Winter / Entfeuchten von Räumen Die Tabelle verrät uns auch das Feuchtigkeitsaufnahmevermögen der Luft bei verschiedenen Temperaturen: warme Luft kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen als kalte; kalte Luft ist trockener als warme. beim Abkühlen der Luft steigt die relative Luftfeuchtigkeit; beim Aufheizen sinkt die rel. LF. 5

6 Wenn wir also im Winter lüften, ersetzen wir die warme, feuchtigkeitsreiche Luft durch kalte, "trockene" mit sehr wenig Feuchtigkeit. Anhand der Tabelle können wir sehr leicht errechnen, wie viel gr Wasser (in Form von Luftfeuchtigkeit) entweicht, wenn wir z.b. beim Lüften 1m 3 warme Luft (20 C / 60% rel. LF) durch 1 m 3 kalte Aussenluft (0 C / 50% rel. LF) ersetzen! Lösung Innenluft 20 C : Sättigungsmenge = 100% rel. LF : 17,3gr / m 3 60% rel. LF : 0,6 x 17,3gr/m 3 = 10,4gr/m 3 d.h. 1 m 3 Luft von 20 C / 60% rel. LF enthält 10,4gr Wasser! Aussenluft 4 C : Sättigungsmenge = 100% rel. LF : 4,8gr / m 3 50% rel. LF : 0,5 x 4,8 gr/m 3 = 2,4 gr/m3 d.h. 1 m 3 Luft von 0 C / 50% rel. LF enthält 2,4gr Wasser! Pro m 3 Luft werden 8 gr Wasser nach aussen transportiert! Unter der Annahme der vollständigen Luftumwälzung werden also pro m 3 Luft 8 gr Wasser (in Form von Wasserdampf) nach aussen transportiert; d.h. 1 m 3 Innenluft mit 10,4 gr Wasser wird durch 1m 3 "trockene" und kalte Aussenluft mit 2,4 gr Wasser ersetzt. Richtiges Lüften ( Stoss-Lüften )/ Entfeuchten: mehrmals täglich kurz lüften (3 5 Min.)!! Schräggestellte Fensterflügel kühlen die Innenwand oberhalb des Fensters durch die einströmende kalte Luft stark ab, was zu Taupunktunterschreitung, Verschmutzung und Schimmelpilzbildung führen kann!! 6

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